Robotique - DIU-EILPour la mise en œuvre de ce projet, se référer au tutorial Elegoo “THE MOST...

Robotique Travaux Pratiques

Intervenants : Sophie Cavassila, Anne Laure Deman, Boussad Haroun, Hamid Ladjal, Francois Varray, 28/06/2019

1

Table des matières 1. Installation de l’environnement de développement Arduino ........................................................ 2

2. Les entrées et sorties numériques : Travail demandé ............................................................ 3

i) Sorties numériques - Projet : « Blink » ........................................................................................ 3

ii) Entrées numériques - Projet : « DIGITAL INPUTS » .................................................................. 14

iii) Sorties numériques : Ecran LCD .......................................................................................... 21

3. Communication série : Travail demandé ................................................................................ 22

4. Les entrées analogiques : Travail demandé .......................................................................... 26

5. Modulation de largeurs d’impulsions : Travail demandé ...................................................... 29

6. Exemple de projets à réaliser ................................................................................................... 30

2

1. Installation de l’environnement de développement Arduino

L’IDE Arduino (Arduino Integrated Development Environment (IDE)) est l’environnement de développement dédié aux cartes Arduino. Le fichier d’installation de l’environnement de développement peut être téléchargé en ligne:

https://www.arduino.cc/en/Main/Software#download

L’environnement de développement Arduino IDE est disponible pour les systèmes d’exploitation: Windows, Mac OS X et Linux.

Le logiciel est installé sur tous les postes des salles de TP du bâtiment Nautibus

Avec un support technique ici : https://www.arduino.cc/en/Guide/HomePage https://wiki.mdl29.net/lib/exe/fetch.php?media=robotsarduino:installation_arduino_ardublock_windows.pdf

https://www.arduino.cc/en/Main/Software#download

https://www.arduino.cc/en/Guide/HomePage

https://wiki.mdl29.net/lib/exe/fetch.php?media=robotsarduino:installation_arduino_ardublock_windows.pdf

3

2. Les entrées et sorties numériques : Travail demandé

i) Sorties numériques - Projet : « Blink » Ce premier projet permet de faire clignoter la led de la carte de développement connectée à la broche 13. La temporisation du clignotement est ajustable. Dans le cadre de ce TP, nous allons exploiter les documents et codes librement proposés par Elegoo : (http://www.elegoo.com/download/) : Elegoo Mega 2560 The Most Complete Starter Kit, Pour la mise en œuvre de ce projet, se référer au tutorial Elegoo “THE MOST COMPLETE STARTER KIT TUTORIAL FOR MEGA2560”: Leçon 2 BLINK p32. Cette leçon est insérée à la page suivante.

void setup() {

// initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.

pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);

_}

// the loop function runs over and over again forever

void loop() {

digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);// turn the LED on (HIGH is the

// voltage level)

delay(1000); // wait for a second

digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);// turn the LED off by making the

voltage LOW


}

Note: Dans ce programme, LED_BUILTIN est une constante qui est connue dans l’environnement de développement et qui est égale à 13, numéro de la broche à laquelle la led est connectée. Il est équivalent de déclarer une variable nommée led initialisée à 13 comme présenté dans le texte de la leçon 2.

http://www.elegoo.com/download/

32 / 217

Leçon 2 Blink

But de la leçon

Dans cette première leçon, vous allez prendre en main l’IDE et apprendre à faire

clignoter la LED intégrée à la carte MEGA2560 R3.

Matériel nécessaire:

(1) x Elegoo Mega2560 R3

Principe

La carte MEGA2560 R3 possède deux rangées de connecteurs le long de ses

extrémités qui sont utilisés pour brancher une vaste gamme de composants

électroniques ou des cartes d’extensions (appelées shields) qui augmentent ses

capacités.

Elle est aussi équipée d’une LED intégrée qu’il est possible de commander au travers

de vos programmes. Vous pouvez apercevoir cette LED sur l’image ci-dessous, elle

est repérable grâce au « L » visible sur la carte.

33 / 217

Lorsque vous connectez votre carte pour la première fois, il est possible que la LED

se mette à clignoter. C’est parce que les cartes sont fréquemment expédiées avec

le programme « BLINK » préinstallé.

Dans cette leçon, nous allons reprogrammer la carte MEGA2560 R3 avec notre

propre programme « BLINK », ce qui va nous permettre notamment de changer la

fréquence de clignotement de la LED.

Ouvrez le sketch “BLINK” dans l’environnement de programmation via le menu

“FICHIER/EXEMPLES/01.BASICS/Blink”

34 / 217

Voici ce que vous devez obtenir.

Comme vous allez apporter des modifications à ce sketch, la première étape

consiste à l’enregistrer dans votre répertoire personnel, les sketchs exemples étant

en lecture seule.

35 / 217

Utilisez le menu « enregistrer sous… » et définissez le répertoire et nom de fichier

que vous souhaitez.

36 / 217

Vous venez d’enregistrer le fichier dans votre répertoire.

37 / 217

Vous pouvez accéder à vos fichiers récents de la même manière que la plupart de

vos autres logiciels.

38 / 217

Il est temps maintenant de connecter la carte MEGA2560 R3 via le port USB de votre

ordinateur et de vérifier la bonne reconnaissance de celle-ci.

39 / 217

Note: le numéro de port COM ne sera pas nécessairement celui que vous pouvez

apercevoir sur les captures d’écran. En effet, c’est votre ordinateur qui va affecter

une référence au moment de la connexion et si vous possédez plusieurs cartes,

chacune aura potentiellement un numéro différent.

Une fois connecté, vous pouvez apercevoir ce petit texte en bas à droite de votre

écran.

Cliquez sur le bouton avec la flèche pour déclencher le téléversement.

Vous pouvez constater que la première étape est la compilation (le logiciel vérifie

l’intégrité du code).

Ensuite, le téléversement à proprement parler commence.

Enfin, le statut “terminé” s’affiche.

40 / 217

Un message vous renseigne sur la taille du programme et la quantité de mémoire

utilisée sur la carte. Si votre carte n’est pas correctement connectée ou reconnue,

vous obtiendrez l’écran suivant. Reportez-vous aux explications données dans les

premières leçons pour veillez à avoir correctement installé les drivers.

Vous pouvez constater qu’une part importante du code est consacrée aux

commentaires. Les commentaires sont importants ils permettent de bien

comprendre le code, surtout quand celui-ci est complexe. Cela permet d’y revenir

plus tard lorsqu’il est nécessaire de le faire évoluer.

Il existe deux façons de mettre du texte en commentaire. La première est de

commencer la ligne par « // ». La deuxième manière permet de placer une portion

de code/texte en commentaire (idéal lorsque l’on veut tester plusieurs alternatives

par exemple). Débuter la zone commentaire par « /* » et terminez celle-ci par « */ »

Dans le code « blink », la vraie première ligne d’instruction est la suivante:

int led = 13;

Cette instruction permet de créer une constant nommée “led” et de lui affecter la

valeur numérique “13”.

Le bloc suivant représente le code qui sera exécuté une unique fois lors de la mise

sous tension de la carte.

void setup() {

// initialize the digital pin as an output.

pinMode(led, OUTPUT);

}

41 / 217

Tous les sketchs doivent obligatoirement avoir une bloc “setup” dans lequel vous

pouvez placez autant d’instructions que nécessaires. Les instructions s’écrivent

entre {}.

Dans « BLINK » la seule instruction consiste à affecter le pin 13 en tant que sortie

(OUTPUT).

Il est aussi obligatoire dans un sketch d’avoir un bloc “loop”. Contrairement au

premier bloc celui-ci s’exécutera en boucle tant que la carte sera sous tension.

void loop() {

digitalWrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)


digitalWrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW


}

Le bloc « loop » est constitué de 4 instructions. La première déclenche l’allumage

de la led, la deuxième une attente de 1000ms, la troisième l’extinction de la led. La

dernière instruction une attente de 1000ms.

Vous allez maintenant augmenter la fréquence de clignotement de la LED. Vous avez

certainement deviné que le paramètre à changer est celui entre () sur les

instructions « delay ». Téléversez le programme et observez.

14

ii) Entrées numériques - Projet : « DIGITAL INPUTS » Ce projet permet de lire l’état de 2 boutons-poussoirs connectés aux broches 8 et 9 pour allumer ou éteindre une led connectée à la broche 5. Dans le cadre de ce TP, nous allons exploiter les documents et codes librement proposés par Elegoo :

(http://www.elegoo.com/download/) : Elegoo Mega 2560 The Most Complete Starter Kit :

Leçon 5 DIGITAL INPUTS p58 Précision sur l’utilisation d’une « planche de prototypage »


58 / 217

Leçon 5 Digital Inputs

But de la leçonDans cette leçon, vous allez apprendre à utiliser les entrées digitales pour

allumer/éteindre une led.

Presser un premier bouton allumera la led, presser un autre bouton l’éteindra.

Matériel nécessaire:(1) x Elegoo Mega2560 R3

(1) x Planche prototype

(1) x LED rouge 5mm

(1) x résistance 220 ohms

(2) x boutons poussoirs

(7) x Câbles mâle-mâle

Présentation du composantBoutons poussoirs:

Les boutons poussoirs sont des composants très simples. Lorsque vous pressez le

bouton, un contact électrique se fait et laisse passer le courant. Les boutons

poussoirs utilisés ont 4 pattes, ce qui peut créer une certaine confusion.

En fait, il n’y a bien que 2 connexions électrique. A et D sont connectées ensemble

et B et C aussi. Presser le bouton permet au courant de lier électriquement A-D avec

B-C.

59 / 217

Connexion Schéma de câblage

60 / 217

Diagramme de câblage

61 / 217

Code Après avoir réalisé le câblage, ouvrez le sketch “Leçon 5 Digital Inputs” puis

téléversez le code sur la carte MEGA2560 R3 comme présenté lors de la leçon 2.

Presser le bouton de gauche allumera la led, presser le bouton de droite l’éteindra.

La première partie du sketch est consacrée à la définition des 3 variables pour les 3

pins qui seront nécessaires au fonctionnement du montage.

Dans le bloc « setup », les pins sont affectées en tant qu’entrées ou sorties.

‘ledPin' est défini en tant que sortie (OUTPUT), 'buttonApin' et 'buttonBpin' en tant

qu’entrées (INPUT).

pinMode(buttonApin, INPUT_PULLUP);

pinMode(buttonBpin, INPUT_PULLUP);

Petite particularité, les entrées sont définies en tant qu’entrées avec résistance de

PULLUP. Pourquoi cette subtilité ? Comme vous pouvez le constater sur le schéma

de câblage, le fait de presser un bouton met la pin associée à la masse. Mais lorsque

le bouton n’est pas pressé, il peut subsister des signaux parasites qui peuvent être

interprétés par la carte comme une mise à la masse alors que le bouton n’est pas

pressé. Pour éviter ces parasites, on utilise la technique dite de « la résistance de

« pullup » qui permet de forcer un état haut via une résistance connectée à une

borne +. La carte MEGA2560 est capable de simuler ce branchement, pour cela, il

suffit de déclarer la pin en INPUT_PULLUP au lieu de faire une déclaration INPUT

simple.

Le bloc loop prend ensuite la mesure de la position de chaque bouton:

void loop()

{

if (digitalRead(buttonApin) == LOW)

{

digitalWrite(ledPin, HIGH);

}

if (digitalRead(buttonBpin) == LOW)

{

62 / 217

digitalWrite(ledPin, LOW);

}

}

On regarde si le bouton A est pressé (LOW). Si oui, on allume la led, si non, on ne

fait rien.

On regarde ensuite si le bouton B est pressé. Si oui on éteint la led, si non, on ne fait

rien.

Illustration

21

iii) Sorties numériques : Ecran LCD Ce projet permet d’écrire des messages et des données numériques sur un écran LCD

Dans le cadre de ce TP, nous allons exploiter les documents et codes librement proposés par

Elegoo : (http://www.elegoo.com/download/) : Elegoo Mega 2560 The Most Complete

Starter Kit : Leçon 22 LCD DISPLAY p149

Le projet fait appel à la bibliothèque de fonctions LiquidCrystal.


22

3. Communication série : Travail demandé

Le microcontrôleur est ici configuré pour émettre et recevoir des informations via sa liaison série. Les données échangées sont visibles dans la fenêtre moniteur série.

Exécuter le programme mis à disposition ci-dessous qui permet d’éclairer la led connectée à la broche 13 si l’information reçue sur la liaison série est égale au caractère «1 » et de l’éteindre si l’information reçue correspond au caractère « 0 ». L’utilisation du moniteur série est décrite page suivante (ou Elegoo Mega 2560 The Most Complete Starter Kit : page 29). La liaison série sera configurée avec le format par défaut et une vitesse de transmission de 9600bps.

Modifier ce programme de façon à ce que la led change d’état selon la réception des caractères suivants :

A : éclaire la led Z : éteint la led

#define led 13

int recue = 0; // pour les données reçues void setup() { Serial.begin(9600); // configure la liaison série avec une vitesse de 9600 bps

pinMode(led, OUTPUT) ; //configure la broche 13 en sortie } void loop() { if (Serial.available() > 0) // Test si une donnée a été reçue { //lecture des données reçues: recue = Serial.read(); if (recue == '1') {

digitalWrite(led,HIGH); //positionne la broche 13 à l’état haut Serial.print("Eclairé "); //envoie un message via la liaison série }

if (recue == '0') {

digitalWrite(led,LOW); //positionne la broche 13 à l’état bas Serial.print("Eteint "); //envoie un message via la liaison série }

} }

29 / 217

Utilisation du moniteur série (Windows, Mac, Linux)

Le moniteur série est une petite fenêtre très utile qui va vous permettre d’interagir

en temps réel avec la carte MEGA2560. Vous pouvez lui envoyer des informations

et elle pourra à son tour faire de même. Vous verrez dans les différentes leçons que

le recours au moniteur série est très fréquent.

Se Connecter

Pour l’ouvrir, c’est très simple, il suffit de cliquer sur le petit icône entouré en rouge.

30 / 217

A l’ouverture, vous devez voir cette fenêtre:

31 / 217

Settings

Vous pouvez définir le taux de transfert de la connexion de la manière suivante

Et vous pouvez avoir un défilement automatique de l’écran comme suit

Avantages Le Serial Monitor est un excellent moyen d'établir rapidement une connexion série avec votre Arduino. Si vous travaillez déjà dans l'IDE Arduino, il n'est vraiment pas nécessaire d'ouvrir un terminal distinct pour afficher les données. Les inconvénients Le manque de paramètres laisse beaucoup à désirer dans le Serial Monitor, et, pour les communications en série avancées, il se peut que ce ne soit pas le tour.

26

4. Les entrées analogiques : Travail demandé

Dans le cadre de ce TP, nous allons nous appuyer sur le projet proposé par Arduino IDE pour illustrer la conversion analogique numérique : Exemples->Basics : ReadAnalogVoltage. Ce programme réalise la conversion analogique numérique de la tension connectée sur la broche A0 du convertisseur et affiche dans la fenêtre Moniteur Série la valeur de la tension correspondante.

Il s’agit de mettre en oeuvre ce programme pour mesure les tensions délivrer au choix par :

Un joystick (cf Elegoo Mega 2560 The Most Complete Starter Kit p96)

Pour le câblage, la connexion du signal de validation à la broche 2 du microcontrôleur n’est pas nécessaire car inutilisée par le programme. Axe X connecté à la broche A0 Axe Y connecté à la broche A1 (pas pris en compte par le programme proposé ci-dessus).

27

Une thermistance (cf Elegoo Mega 2560 The Most Complete Starter Kit p154 pour la connexion)

Pour le câblage, la thermistance est associée en série avec une résistance de 10kOhm.

Une photorésistance (cf Elegoo Mega 2560 The Most Complete Starter Kit p171 pour

la connexion)

Pour le câblage, la photorésistance est associée en série avec une résistance de 1kOhm.

28

Un potentiomètre en connectant le point milieu à la broche A0.

29

5. Modulation de largeurs d’impulsions : Travail demandé

Dans le cadre de ce TP, nous allons nous appuyer sur le projet proposé par Arduino IDE pour illustrer la conversion analogique numérique : Exemples->Basics-> Fade. Ce programme permet de faire varier la luminosité de la diode en générant un signal modulé en largeur d’impulsion sur la broche 9 du microcontrôleur.

Pour aller plus loin il est possible de mettre en œuvre la leçon 29 Elegoo Mega 2560 The Most Complete Starter Kit p187. Il s’agit de piloter la vitesse de rotation d’un moteur en généran un signal PWM.

9

30

6. Exemple de projets à réaliser

Commande des déplacements d’un robot et de son système lumineux

Il s’agit de proposer un projet permettant la réalisation d’un robot piloté par une application android communicant en Bluetooth ou une télécommande infra-rouge. L’application permettra le contrôle des mouvements du robot ainsi que de ses signaux lumineux.

Le robot peut être équipé d’un détecteur d’obstacle qui peut renvoyer des informations au système de pilotage.

De nombreux éléments de présentation de capteurs et actionneurs sont à disposition (http://www.elegoo.com/download/) et libres pour le téléchargement : Elegoo Mega

2560 The Most Complete Starter Kit, Elegoo Smart Robot Car Kit V3.0

Domotique : Contrôle de l’intensité de l’éclairage

En mode automatique : l’intensité lumineuse est fixée en fonction de la luminosité ambiante

En mode manuel : l’intensité lumineuse est fixée via un variateur de type potentiomètre.

Le mode automatique ou manuel est choisi par exemple par un interrupteur. Le système d’éclairage est une matrice de leds.



Domotique : Contrôle de la vitesse de rotation d’un ventilateur

En mode automatique : la vitesse de rotation du moteur du ventilateur est fixée en fonction de la température ambiante

En mode manuel : la vitesse de rotation du moteur du ventilateur est fixée par un potentiomètre

Le mode automatique ou manuel est choisi par exemple par un interrupteur.



Alarme : Système de contrôle des accès

Les accès d’une pièce sont sécurisés. Le système de sécurité est activé par un code saisi sur un clavier matriciel pu par une carte rfid Les intrusions peuvent détectées par plusieurs capteurs de type capteur de mouvement, capteur de distance, capteur de son. Les alertes sont données par des dispositifs lumineux et sonores.







Robotique - DIU-EILPour la mise en œuvre de ce projet, se référer au tutorial Elegoo “THE MOST...

Documents

Transcript of Robotique - DIU-EILPour la mise en œuvre de ce projet, se référer au tutorial Elegoo “THE MOST...